“信息网络技术”课程教学改革探讨

王 剑，刘星彤，张 权

(国防科学技术大学电子科学与工程学院，湖南长沙 410073)

0 引言

21世纪是信息时代，信息交互和共享主要依赖各种网络来实现。未来网络呈现出日趋融合的发展趋势，而不在乎终端形式是计算机、智能手机还是PAD;接入方式是DSL、HFC、OAN还是Wifi;网络形态是电话网、移动通信网、卫星通信网还是计算机网。网络将以信息为核心，为信息的传输、存储、处理和应用提供服务。因此，我们将信息网络定义为由终端、传输链路、交换设备和协议等信息网元所构成的集合体，用于支持信息的传输、存储、处理和应用等服务的体系。我校为通信工程、信息工程等专业的本科生开设了“信息网络技术”课程。该课程淡化网络的表现形态，而突出信息的传输、处理和应用以及网络的融合和互联互通。这门课程在我校已经开设了3年，取得了较好的教学效果，但无论在教学内容组织还是教学方法、手段等方面还存在很多需要改进的地方，本文将分别针对存在的问题以及改革的方案进行详细阐述。

1 存在的问题

“信息网络技术”课程涉及信息与通信工程、计算机科学与技术等多个学科，具有基础理论知识广、工程实践性强、技术更新快等特点，但在教学实践中，由于教师对课程主线把握不足，因此存在教学重点不够突出、实践教学环节薄弱和教学手段过于单一等问题。

1.1 教学重点不够突出

该课程原先包含九章，课程结构如表1所示。

表1 课程结构

课程力图面面俱到把信息网络的体系架构、基本理论、应用方式及各种类型的信息网络在50个学时内都灌输给学生。什么都想讲到，意味着什么都讲不透彻，重点不突出。在实际教学过程中，学生也反映课程内容太多、太杂，抓不住重点。因此迫切需要精简课程的内容，突出课程的重点。

1.2 实验教学环节薄弱

在教学实践中，很多知识学生学过不久后就忘得一干二净，而对于亲手做过的实验却印象深刻。因此，课堂教学和实验教学应该紧密配合，相辅相成，通过课堂教学来指引实验教学，通过实验教学来验证课堂教学。但是，目前课程计划中的实验学时仅为4个学时，设置了2组实验，一组为网络服务器配置实验，一组为网络通信编程实验。这两组实验均侧重于网络应用，而对于网络接入、网络组网、网际协议、路由算法等体现网络互联原理的重点内容并未设置相应的实验。对于一门应用性很强的课程，这是远远不够的，因此需要提高实验教学在课程中的地位，加大实验课程的比重。

1.3 教学手段过于单一

目前，课程教学采用双主教学模式。在这种模式下，教师是主导，学生是主体，主导与主体相辅相成，共同完成教学任务［4］。这种教学模式的关键是怎样激发学生自主学习的热情，发挥学生的主体地位。然而课程中很多内容非常抽象，难以理解，学生对这些难度较高的理论知识兴致不高，其原因在于课程教学方法还是以单一的、静态的多媒体教学为主，还是对学生采取灌输知识点的方式。因此，需要让教师设法调动学生的多种感官，激发学生的兴趣。这就要求教师针对不同的课程内容采取灵活多变的教学方法，采用各种形象生动的教学手段来实现。

2 改革方案

“信息网络技术”课程的核心思想是基于IP实现各种信息网络的互联互通，在统一的IP协议框架上实现各种应用，也就是“IP over Everything”和“Everything over IP”。课程的改革应围绕这个核心思想，进一步优化教学内容以突出课程的重点，强化实践环节以加强学生工程应用能力的培养，丰富方法手段以激发学生自主学习的意识。

2.1 把握课程主线，优化教学内容

课程应重点把握两个思想，一是分层的思想，二是互联的思想。这两个思想贯穿了整个课程。

分层是解决网络通信问题非常重要的手段，通过将一个复杂问题划分为若干个简单问题，由每一个层次解决某一个简单问题，以达到复杂问题简单化的目的。比如说，网络体系结构是分层的，分为物理层、链路层、网络层、传输层和应用层等;路由选择协议是分层的，分为内部网关协议和外部网关协议;IP地址是分层的，分为网络号、主机号等;网络互联是分层的，分为物理层互连、链路层互连、网络层互连、高层互连等;域名结构也是分层的，分为顶级域名、二级域名和三级域名等。

网络互联将异构网络连接起来实现各种资源共享，实现互联的方法是采用统一的协议来屏蔽下层网络的差异。比如说，PSTN通过网关、关守等和因特网互联;移动通信网通过GGSN、PDSN、WEB网关等和因特网互联，通过GMSC与PSTN互联;无线局域网通过AP、WAG、PDG等和移动通信网及因特网互联。

课程内容应按如下顺序安排:①系统阐述信息网络的基本概念和原理，使学生建立起信息网络体系结构的概念;②讲授网络结构、网络流量、路由算法、接入方式和交换方法等基础理论，使学生掌握信息网络的基本理论和方法;③重点介绍信息网络的互联层次、类型和方法，使学生掌握信息网络互联的基本原理;④结合实际，介绍信息网络的应用模型和方式，使学生熟悉信息网络中典型应用的原理，并具备应用开发的能力。

根据课程的核心思想和主线，我们对教学内容进行了调整优化，将原来9章的内容调整为6章。去掉第9章“下一代网络”;将原第3章“电话网”和第4章“移动通信网”合并成一章“电信网络”，并简化教学内容;将原第5章“数据通信网”和第6章“计算机通信网”合并为一章“计算机网络”。调整后的课程结构如表2所示。

表2 调整后的课程结构

优化后的课程突出了信息网络体系结构、信息网络基础理论、信息网络互联等重点内容，对信息网络的各种表现形态仅作简要描述，一些陈旧或过时的技术不再进行详细阐述，而是注重介绍网络结构、技术发展演变的过程，这样使得课程的脉络更为清晰，重点更为突出。比如说，在电信网络的教学中，重点介绍电话网和移动通信网结构的演化过程以及7号信令网，舍弃程控交换原理和移动通信原理等内容;在计算机网络的教学中不再详细介绍X.25分组交换网、帧中继网、DDN等内容，而着重阐述物理层协议、链路层协议以及局域网等内容;不再详细介绍下一代网络的相关技术，只在信息网络的发展趋势中进行简单介绍。

课程目前采用的教材为Andrew S.Tanebaum编著的《计算机网络》第5版，虽然该教材是从网络体系结构的角度介绍网络技术，但相关路由选择算法、电话网和移动通信网的内容较之原教材要更丰富一些，当然，至今“信息网络技术”课程还没有一本特别合适的教材，我们教学组已着手编写该课程的教材。

2.2 理论联系实际，强化实践教学

信息网络中各种接入方式、路由表的配置和更新、路由算法的性能分析、网络流量的采集与分析、拥塞控制算法的分析、网络管理的方法、因特网各种应用服务的配置等都需要设置相应的实验，使课堂教学和实验教学彼此衔接、互为补充、相互印证，成为一个有机的整体，促使学生感性认识和理性认识的过程互动，加深学生对课堂内容的理解。因此需要大大提高实践教学在整个课程中的比重，具体举措包括以下三个方面:

(1)在课堂教学过程中增加实践教学的内容，将理论教学和实验的一些内容紧密结合起来。比如在授课过程中，对涉及到的网络设备，如集线器、交换机、路由器、调制解调器和网卡等进行实物展示，现场演示网线的制作方法，采用软件无线电平台演示基站和移动终端的交互过程，采用Sniffer、Wireshark等抓包工具分析网络数据包的结构，利用NS-2、OPNET等网络仿真工具对协议的机制、性能、网络吞吐率和延时等进行仿真演示，编写演示软件分析RIP和OSPF等路由算法的性能。在课堂教学时加入实践教学内容后，使学生对网络技术有较为直观的认识，对协议的工作机制及性能有更为深入地理解。

(2)大幅增加实验教学的学时数。经过课程内容的优化将课堂讲授的学时数压缩为40个学时，实验学时数由4个学时增加到10个学时，增设3组实验:①网络接入实验，分别利用ADSL、以太网、802.11、HFC和PON等方式实现对因特网的接入，使学生熟悉不同接入方式的原理、接入配置方法以及网络布线和架设方法;②网络互联实验，利用集线器、交换机、路由器和网关等设备实现多个或多种网络的互联互通，使学生熟悉网络互联的原理和技术，掌握子网划分与IP地址分配、交换机/路由器的配置方法，增强学生对设备的操作和管理能力;③网络应用实验，利用HTML和Javascript等语言编写静态和动态网页，使学生熟悉网页制作和网站架设的方法。

(3)设置课程自主性综合实验，也即课程设计。由教师根据教学内容设置一些课题，学生自主选择某一个课题并在课后完成。课程设计内容涉及信息网络的各个层次和技术，如以太网帧构造及发送程序设计、ARP数据包解析及发送程序设计、IP数据包捕获及解析程序设计、TCP数据包构造及发送程序设计、基于OPNET/NS2的网络路由算法性能仿真分析和基于SNMP的简单网络管理系统等。

2.3 启发引导为主，丰富教学方法

课堂教学中的启发引导非常重要，在每堂课上都要设置相应的问题，以问题为导向，使学生和教师一起在课堂上思考解决问题的方法。比如说在网络体系结构的讲述中，围绕信息网络要解决的问题、为什么采用分层的网络体系结构、每一层次分别解决什么问题等来展开;在讲授数据链路层协议时，围绕数据链路层协议主要考虑什么问题、停等协议存在什么缺陷、死锁问题如何解决、重复帧问题如何解决、发送序号如何选取、检错如何解决、重传时间如何选取、信道效率如何提高等问题逐步深入讨论;在讲授信息网络互联时，围绕网络互联分为几个层次、网络互联应解决什么问题、网际协议如何实现互联等问题一步一步展开。实践证明，以问题为牵引的教学能够启发学生的思维，引导学生自主地思考。

课堂教学应多采用案例法，尽量选用日常生活中常见的事物来进行类比，以加深学生对相关概念的理解。比如说，网络层可类比为交通警察，网络层要解决网络互联、路由选择和网络拥塞等问题，交通警察也要解决道路互通、车辆引导和交通拥堵等问题;网际协议可类比为一种世界语，在本国和本国人交流使用本国语言，去外国和外国人交流就要用世界语，计算机在局域网内传输信息可使用自己的协议，但和其他网络交互信息就要按网际协议传输，网际协议起到了世界语的功能。

诸如此类的类比以及相似的对比分析，使学生能正确区分相关概念。如计算机网络分层和计算机系统分层的区别，OSI参考模型与TCP/IP参考模型的对比分析，信号带宽和网络带宽的对比，统计时分复用与同步时分复用的区别，多址接入和多路复用的区别，CSMA/CD和CSMA/CA的对比等等。

3 结语

本文针对“信息网络技术”课程教学过程中存在的问题，对课程内容进行了优化调整，侧重于介绍信息网络的理论基础、信息网络互联原理和信息网络的应用。在此基础上，加强了实践教学环节，增加了实验教学学时数，增设了课程设计内容，使课堂教学、课程实验和课程设计三者相辅相成，使学生不仅能掌握信息网络的基本概念、基本原理，同时还具备使用网络、分析网络和构建网络的能力。在教学方式中，以问题为牵引引导学生主动思考，同时加强学生和教师的互动，采用案例法和对比法等多种教学方法，以加深学生对基本概念和原理的理解，激发学生的学习兴趣和热情，促使学生自主地学习。

［1］ 邢长友，陈鸣，张国敏，李兵，胡超.高级计算机网络课程教学改革探析［J］.北京:计算机教育，2013，14:50-53.

［2］ 杨晓辉，陈国华，肖仁良.“信息通信网络概论”平台课建设的实践与探索［J］.南京:电气电子教学学报，2002，24(6):17-18.

［3］ 陈国华.“信息通信网络概论”课程的教学实践［J］.南京:电气电子教学学报，2008，30(4):25-26.

［4］ 彭珞丽.现代通信网课程“双主”教学模式的探索［J］.北京:中国现代教育装备，2012，23:45-46.